CN110595234A - 一种多u形换热管的纵流壳程式换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多U形换热管的纵流壳程式换热器，包括壳体、管箱、管板、多U形换热管和流体再分布装置，所述壳体内针对换热管等间距的设置有拼装式纵向流支撑装置，所述拼装式纵向流支撑装置包括由至少两块圆弧子节首尾拼装而成的折流圈和安装在折流圈内的若干平行设置的折流杆，所述流体再分布装置包括环形的安装底座和沿壳程流动方向缩小的喇叭口结构，所述多U形换热管所形成的换热管间隙中安装纵向挡板，所述纵向挡板上开设垂直于板面的通液孔。该换热器解决了多U形换热管难以安装的问题，同时改善管束与壳体间的流体旁路，消除了管束U形最内层管流体流动短路，强化了传热能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种换热器，具体的说，涉及了一种多U形换热管的纵流壳程式换热器。
背景技术
管壳式换热器是工业过程热量传递中应用最为广泛的一种换热器。其适用的操作温度与压力范围较大，制造成本低，清洗方便，处理量大，工作可靠，长期以来，已在设计和加工制造方面积累了许多的经验，管壳式换热器往往成为应用最为广泛的一种换热器。
传统壳管式换热器在设计中，在壳程结构一定、管程流量较小时，为增大换热管束内流体流动速度，往往会采用多管程式结构，U形换热管换热器就是多管程换热器的一种常用形式。
U形管式换热器是指管束由弯管半径不等的U形管组成，且管子两端都固定在同一管板上的换热器。由于每根U形管可自由伸缩，管束与壳体之间不会产生温差应力。
如果管程数为三个或三个以上，且仍采用U形管式换热器时，由于换热器壳程两端均有U形弯头的布置，传统的弓形折流板无法安装在管束中间，导致无法采用U形换热管。
因此，管程数为三个或三个以上的情况下，只能采用普通直换热器，且需配合在管箱中布置分隔板，实现多管程的流体流动。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种便于安装多U形换热管、优化壳程流体的流动结构、减薄传热边界层、增强换热系数的一种多U形换热管的纵流壳程式换热器。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种多U形换热管的纵流壳程式换热器，包括壳体、管箱、管板和多U形换热管，管箱和管板分置于壳体两端，多U形换热管布置在壳体内部，壳体所述壳体内针对多U形换热管等间距的设置有拼装式纵向流支撑装置，所述拼装式纵向流支撑装置包括由至少两块圆弧子节首尾拼装而成的折流圈和安装在折流圈内的若干平行设置的折流杆，所述折流圈的内侧对应所述折流杆设有安装孔，所述折流圈上设置拉杆穿孔结构，拼接结构下，可以适用多U形换热管的安装，改善制造条件，而且可以避免换热器内大温差时，管束和壳体之间的温差应力。
基上所述，它还包括流体再分布装置，所述流体再分布装置包括环形的安装底座和沿壳程流动方向缩小的喇叭口结构，配合纵向流支撑装置，使壳程流体呈纵向流动，换热管四周布置的折流杆形成卡门涡街，使壳程流体高效冲刷换热管壁，有效减薄传热边界层，增强换热系数。
基上所述，所述多U形换热管所形成的U形最内层换热管间隙中安装纵向挡板，所述纵向挡板上开设垂直于板面的通液孔，所述纵向挡板的表面附着有扰流凸起，消除管束的U形最内层管流体流动短路，提高壳程的整体平均流速，强化传热，通液孔的目的为了平衡压力，扰流凸起的目的是为了增大挡板表面流体的扰动，强化换热。
基上所述，各所述折流杆的直径大小根据穿过的换热管之间的间隙大小设置。
基上所述，所述折流圈的各圆弧子节的连接处为榫槽配合或凹凸结构配合或通过螺栓连接。
基上所述，所述安装底座安装在折流圈的侧部。
基上所述，所述流体再分布装置的小口边缘为直边或花瓣形或梯形或矩形。
基上所述，所述纵向挡板为轻质板材或中空板材。
基上所述，所述安装底座为一环形平板，所述环形平板上开设用于穿过拉杆的接杆孔。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明具有以下优点：
1.设计拼装式的纵向流支撑装置，避免了传统的弓形折流板从两端无法装入的问题，折流杆的尺寸大小不一，按照换热管的间隙设置，使流体呈沿壳体轴向的纵向流，壳程流体经过支撑杆处的旋涡脱落和折流圈处的文丘里效应，在后面产生旋涡尾流，从而强化了传热，在旋涡强度减弱后，流体通过后面的折流元件又产生新的旋涡和节流；同时，折流杆也能够从不同角度对换热管进行支撑。
2.设置流体再分配装置，改善管束与壳体之间的流体旁路，使管束与壳体之间的旁路流体流向管束部分，与折流杆结构后的纵向流流动汇合，强化换热管附近流体对换热管的冲刷，减薄管壁附近的传热边界层，提高换热效率。
3.设置纵向挡板，消除管束的U形最内层管流体流动短路，提高壳程的整体平均流速，强化传热；通液孔可维持挡板两侧的压力衡，减小挡板整体的受力与振动；扰流凸起起到增大挡板表面流体扰动的能力，强化传热，还能除垢防垢。
附图说明
图1是本发明多U形换热管的纵流壳程式换热器的整体结构示意图。
图2是本发明中拼装式纵向流支撑装置的结构示意图。
图3是本发明中流体再分布装置的结构示意图。
图4是本发明中装配后的结构示意图。
图5是纵向挡板的结构示意图。
图6和图7是导流筒的结构示意图。
图中：1.壳体；2.管箱；3.管板；4.多U形换热管；5.拼装式纵向流支撑装置；5-1.圆弧子节；5-2.折流圈；5-3.折流杆；5-4.安装孔；6.流体再分布装置；6-1.安装底座；6-2.喇叭口结构；6-3.接杆孔；7.纵向挡板；8.通液孔；9.扰流凸起。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1和图2所示，一种多U形换热管的纵流壳程式换热器，包括壳体1、管箱2、管板3和多U形换热管4，管箱2和管板3分置于壳体两端，多U形换热管4布置在壳体内部，壳体所述壳体内针对多U形换热管4等间距的设置有拼装式纵向流支撑装置5，所述拼装式纵向流支撑装置5包括由至少两块圆弧子节5-1首尾拼装而成的折流圈5-2和安装在折流圈5-2内的若干平行设置的折流杆5-3，所述折流圈的内侧对应所述折流杆设有安装孔5-4，所述折流圈的各圆弧子节5-1的连接处为榫槽配合或凹凸结构配合或通过螺栓连接，使拼接折流圈具有良好的稳定性、刚度与可靠性；各所述折流杆5-3的直径大小根据穿过的换热管之间的间隙大小设置；相邻两拼装式纵向流支撑装置的折流杆交错排列设置，从不同角度对换热管进行支撑。
安装时，可先装入多U形换热管，然后将尺寸合适的折流杆穿过换热管间隙，再把对应的圆弧子节5-1分段装入，拼接成型，折流杆的两端插入折流圈5-2内圈对应的凹槽中，实现折流杆的固定。
折流圈5-2的端面上设置拉杆孔，或者在内圈设置连接凸块，连接凸块上设置拉杆孔，从而实现内部拉杆和定距管等的固定。
上述结构有效解决了传统弓形折流板在面临多U形换热管时，无法直接安装的问题，以及对于换热管和壳体的支撑问题。
如图3和图4所示，它还包括流体再分布装置6，所述流体再分布装置包括环形的安装底座6-1和沿壳程流动方向缩小的喇叭口结构6-2，所述安装底座6-1为一环形平板，所述环形平板上开设用于穿过拉杆的接杆孔6-3，所述安装底座安装在折流圈的侧部，所述流体再分布装置的小口边缘为直边或花瓣形或梯形或矩形，配合纵向流支撑装置5，使壳程流体呈纵向流动，换热管四周布置的折流杆5-3形成卡门涡街，使壳程流体高效冲刷换热管壁，有效减薄传热边界层，增强换热系数。
流体再分布装置的作用原理：当管束不能填满整个壳体时，管束和壳体之间的间隙会有旁路流体通过，旁路流体不能有效流过换热管，形成流动短路。增加该流体再分布装置后，通过喇叭口结构的作用，使管束和壳体之间的旁路流体流向管束，与折流杆结构后的纵向流汇合，强化换热管附近流体对于换热管的冲刷，减薄管壁附近的传热边界层，强化换热效率。
其中，喇叭口自大口向小口的过渡形式可以是直线，也可以是曲线，喇叭口的边缘形状则根据换热管布置相适应。
如图5所示，进一步的，所述多U形换热管4所形成的换热管间隙中安装纵向挡板7，所述纵向挡板7上开设垂直于板面的通液孔8，所述纵向挡板7的表面附着有扰流凸起9 ，所述纵向挡板7为轻质板材或中空板材。
纵向挡板的作用原理：受弯管曲率半径的限制，管束的U形最内层管间距较大，壳程流体易在此部分形成短路，对传热不利。因此，增加纵向挡板，消除流体短路，提高壳程的整体平均速度，强化传热。
其中，通液孔用于维持挡板两侧的压力衡，减小挡板的受力与振动；扰流凸起可以增大挡板表面流体的扰动，凸起位置对于换热管周边，起到了强化换热的作用。
如图6 和图7所示，为了防止流体进入换热器后对换热管束的直接冲刷，在换热器的进口和出口加入导流筒结构，使壳程流体均匀分布，使得壳程进口段的传热面积得到充分利用，同时还起到减少传热死区及防止进口段可能会出现流体振动的作用。
本发明提出的换热器结构，具有结构简单、操作难度度、换热效率高、抗振性能好、壳程压降低、抗结垢性能强的优势，只有一个管板，密封面少，运行可靠，造价低，管束可抽出，清洗方便等突出优点。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种多U形换热管的纵流壳程式换热器，包括壳体、管箱、管板和多U形换热管，其特征在于：所述壳体内针对多U形换热管等间距的设置有拼装式纵向流支撑装置，所述拼装式纵向流支撑装置包括由至少两块圆弧子节首尾拼装而成的折流圈和安装在折流圈内的若干平行设置的折流杆，所述折流圈的内侧对应所述折流杆设有安装孔，所述折流圈上设置拉杆穿孔结构。
2.根据权利要求1所述的一种多U形换热管的纵流壳程式换热器，其特征在于：它还包括流体再分布装置，所述流体再分布装置包括环形的安装底座和沿壳程流动方向缩小的喇叭口结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种多U形换热管的纵流壳程式换热器，其特征在于：所述多U形换热管所形成的U形最内层换热管间隙中安装纵向挡板，所述纵向挡板上开设垂直于板面的通液孔。
4.根据权利要求3所述的一种多U形换热管的纵流壳程式换热器，其特征在于：各所述折流杆的直径大小根据穿过的换热管之间的间隙大小设置。
5.根据权利要求1或2或4所述的一种多U形换热管的纵流壳程式换热器，其特征在于：所述折流圈的各圆弧子节的连接处为榫槽配合或凹凸结构配合或通过螺栓连接。
6.根据权利要求2所述的一种多U形换热管的纵流壳程式换热器，其特征在于：相邻两拼装式纵向流支撑装置的折流杆交错排列设置。
7.根据权利要求6所述的一种多U形换热管的纵流壳程式换热器，其特征在于：所述流体再分布装置的小口边缘为直边或花瓣形或梯形或矩形。
8.根据权利要求3所述的一种多U形换热管的纵流壳程式换热器，其特征在于：所述纵向挡板的表面附着有扰流凸起。
9.根据权利要求3或8所述的一种多U形换热管的纵流壳程式换热器，其特征在于：所述纵向挡板为轻质板材或中空板材。
10.根据权利要求2或6或7所述的一种多U形换热管的纵流壳程式换热器，其特征在于：所述安装底座为一环形平板，所述环形平板上开设用于穿过拉杆的接杆孔。
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